[發明專利]一種飽和碳鏈類電解質及其制備和應用

在審

• 申請號: 202010941839.0
• 申請日: 2020-09-09
• 公開（公告）號: CN114230592A
• 公開（公告）日: 2022-03-25
• 發明（設計）人: 俞會根;楊萌
• 申請（專利權）人: 北京衛藍新能源科技有限公司
• 主分類號: C07F5/02
• 分類號: C07F5/02;H01M10/0567;H01M10/0568;H01M10/0565
• 代理公司: 北京智丞瀚方知識產權代理有限公司 11810
• 代理人: 白月霞

本發明涉及一種飽和碳鏈類電解質及其制備和應用，所述電解質包括以下通式I所表示的三氟化硼鹽：其中，R、R₁獨立地為無或含有至少一個碳原子的第一鏈；且R和R₁不同時為無；R₂或R₃獨立地為無或含有至少一個碳原子的第二鏈；與?OBF₃M連接的原子為碳原子C；M為金屬陽離子；第一鏈和第二鏈均為飽和碳鏈；所述第一鏈和第二鏈中的任意一個C上的H均可獨立地被取代基取代。該硼有機化合物既能夠作為電解質鹽又能夠作為添加劑，效果佳。

技術領域

本發明涉及電池技術領域，具體涉及一種飽和碳鏈類電解質及其制備和應用。

背景技術

電解質是二次電池的重要及必要組成，鋰/鈉電池具有高能量密度、高電壓、循環次數多、儲存時間長等優點，自從商業化以來，被廣泛應用于電動汽車、儲能電站、無人機、便攜式設備等各個方面，無論哪種應用方向，均迫切需要在保證電池安全性的前提下提高電池的能量密度和循環性能。

鋰/鈉電池主要包括正極、負極、電解質和隔膜，提高電池的能量密度就是要提高電池的工作電壓和放電容量，即使用高電壓高容量正極材料和低電壓高容量負極材料；提高電池的循環性能主要是提高電解質與正負極之間形成的界面層的穩定性。

以鋰電池為例，目前鋰電池中，常用的正極材料包括高電壓鈷酸鋰(LCO)、高鎳三元 (NCM811、NCM622、NCM532和NCA)、鎳錳酸鋰(LNMO)、富鋰(Li-rich)等；常用的負極材料包括金屬鋰、石墨、硅碳、硅氧碳等；常用的隔膜主要為聚乙烯、聚丙烯多孔膜。電解質包括液態電解質和固態電解質，液態電解質為鋰鹽和非水溶劑的混合物，按照溶劑類型分為碳酸酯類電解質和醚類電解質；固態電解質主要包括聚合物電解質、無機氧化物電解質、硫化物電解質。其中，硫化物電解質對空氣極其敏感、電化學窗口較窄、對正極不穩定；氧化物電解質硬度太大、脆性大；聚合物電解質電化學窗口不寬、電導率低、離子遷移數低。因此目前常用的電解質以液態電解液居多，少數使用聚合物電解質。此外，當高電壓正極、低電壓負極匹配常規液態電解液時，在首周會消耗部分從正極脫出的鋰離子，而在正負極顆粒表面形成只導離子、不導電子的鈍化層，若形成的鈍化層不穩定，隨著循環次數的增加，鈍化層不斷破壞、形成，因此不斷消耗電池中的活性鋰離子，導致電池首周放電容量較低、容量衰減嚴重，電池很快失效。鈉離子電池也存在類似問題。

常常在電解液中加入一些添加劑來提高電池性能，如氟代碳酸乙烯酯、碳酸亞乙烯酯等，但常規電解液添加劑中常常不含可以解離的離子，只能通過消耗正極的離子來形成表面鈍化層，因此首效和放電比容均比較低。若添加的鹽/添加劑能在電極表面形成一層傳導離子、且穩定性好的鈍化層，那么可以將電化學窗口窄的液態電解質、聚合物電解質應用于高電壓電池體系中。此外，目前商用的鋰/鈉鹽價格均非常高，造成整個電池的成本也比較高，若有一類新的鋰/鈉鹽或代替現有技術鋰/鈉鹽的其它鹽類能夠兼顧高性能和低成本，那么電池的價格必將大大降低。